Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА1. Современные способы и устройства диспергирования и гомогенизации жидких компонентов 9
1.1 Типовые конструкции гомогенизаторов, используемых в пищевой промышленности 9
1.1.1 Гомогенизаторы клапанного типа 9
1.1.2. Ультразвуковые гомогенизаторы 13
1.1.3. Центробежные гомогенизаторы.. 15
1.1.4. Гомогенизаторы - смесители 18
1.2. Методы интенсификации процессов диспергирования и гомогенизации в роторно-пульсационных аппаратах , 22
1.2.1 Конструкции роторно-пульсационных аппаратов 24
1.3 Гидродинамические основы работы роторно-пульсацио иного аппарата и основные направления в
его конструировании 37
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 43
ГЛАВА 2. Моделирование процесса гомогенизации жидких сред в непрерывнодеиствующем роторно-пульсационном аппарате с различной топологией материальных потоков 44
2.1 Математическое моделирование процесса непрерывного перемешивания жидких сред 44
2.1.1 Моделирование смесительного агрегата на основе кибернетического подхода ,49
2.1.2 Исследование работы смесительных агрегатов при помощи корреляционного метода ..53
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 60
ГЛАВА 3. Аппаратурное и методическое обеспечение экспериментальных исследований 61
3.1 Описание экспериментально-исследовательского стенда 61
3.2 Дозировочное оборудование стенда , 63
3.3. Характеристика сред используемых при проведении экспериментальных исследований 65
3.4. Описание исследуемой конструкции РПА для интенсификации процессов гомогенизации и диспергирования 65
3.5 Методика определения функций распределения времени пребывания частиц в РПА по экспериментальным данным 67
3.6 Методика определения напорных и энергетических характеристик РПА 74
3.7 Методика получения дисперсионного состава готовой смеси 76
3.8 Расчет гидравлического соединений патрубков РПА... 78
3.9 Новые конструкции РПА 79
3.9.1 Новая конструкция РПА с вибрирующим ротором 79
3.9.2 Новая конструкция многосекционного РПА 82
Выводы по главе 84
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований РПА 85
4.1. Исследование работы дозировочного оборудования 85
4.1.1 Изучение влияния различных технических и технологических факторов на погрешность в работе дозирующих устройств 86
4.2 Моделирование процесса гомогенизации в роторно-пульсационном агрегате, в составе с РПА и дозаторами объемного типа, на основе кибернетического подхода 92
4.2.1 Определение передаточных функций дозаторов , 96
4.3.1 Определение передаточных функций для различных модификаций аппарата 99
4.3 Оценка сглаживающей способности агрегата различных модификаций 104
4.4 Исследование влияния режимных и конструктивных параметров РПА на его напорные и энергетические характеристики 113
4.5 Методика расчета роторно-пульсационного агрегата на базе РПА и дозаторами объемного типа 120
Выводы по главе 122
ГЛАВА 5. Практическая реализация роторно-пульсационного аппарата при производстве жидких комбинированных продуктов питания 124
5.1 Применение РПА на стадиях гомогенизации, диспергирования и взбивания при производстве кисломолочных десертов с наполнителем из черной смородины 124
5.2 Разработка аппаратурного оформления стадий гомогенизации и диспергирования молока 133
5.3 Применение РПА при производстве эмульсии для смазки хлебопекарных форм 139
Выводы по главе 140
Выводы и основные результаты работы 141
Библиографический список
- Ультразвуковые гомогенизаторы
- Моделирование смесительного агрегата на основе кибернетического подхода
- Характеристика сред используемых при проведении экспериментальных исследований
- Изучение влияния различных технических и технологических факторов на погрешность в работе дозирующих устройств
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.
В последнее десятилетие в результате интенсификации хозяйственной деятельности наблюдается рост числа физических, химических и иных факторов, оказывающих негативное влияние на человека и окружающую среду. Ухудшение экологической обстановки на нашей планете и связанный с этим уровень загрязнённости продуктов питания радионуклидами, токсичными химическими соединениями, биологическими агентами, микроорганизмами способствует нарастанию негативных тенденций в состоянии здоровья населения Кузбасса. [38, 16, 67]
Для устранения создавшегося положения требуется оснащение предприятий современной техникой, создание принципиально новых технологий, обеспечивающих комплексную безотходную переработку сырья, и организацию производства экологически безопасных, биологически полноценных комбинированных продуктов питания с учетом потребностей различных возрастных групп и состояния здоровья населения [16, 21, 29, 38, 60, 63,84,119].
В пищевой, как и во многих других отраслях промышленности, довольно распространены процессы гомогенизации и диспергирования (приготовление различных десертов, мороженого, паст, напитков, обогащенных по витаминному составу, майонезов, а также, широкого спектра полуфабрикатов и ДР-).
Аппараты, используемые для их проведения, имеют ряд серьёзных недостатков и зачастую не удовлетворяют современным требованиям по производительности и качеству готовой продукции. Поэтому задача совершенствования существующих конструкций, например, за счёт организации направ ленного движения материальных потоков, концентрации значительного количества энергии в малых объёмах и т.д. является безусловно актуальной.
Известно, что использование акустических (20 - 2-Ю4 Гц) упругих колебаний в большинстве случаев позволяет значительно интенсифицировать процесс гомогенизации. При этом в обрабатываемой среде, в зависимости от частоты колебаний, возникают такие явления, как кавитация, акустическое давление, пульсирующие микропотоки и др., которые способствуют повышению скорости физико-химических процессов в гетерогенных системах.
Для генерирования низкочастотных звуковых колебаний обычно применяются гидродинамические излучатели. В излучателях данного типа звуковые колебания генерируются при помощи роторно-пульсационных устройств. С учётом их больших потенциальных возможностей, можно предположить, что использование роторно-пульсационных аппаратов (РПА) позволит интенсифицировать процессы гомогенизации и диспергирования. Поэтому, на наш взгляд, целесообразно провести исследование эффективности применения РПА при получении жидких комбинированных продуктов питания.
Одной из стадий получения таких продуктов является перемешивание исходных компонентов с целью равномерного их распределения по всему объёму. В большинстве случаев необходимо получить качественную смесь при соотношении перемешиваемых компонентов 1:100 и даже 1:1000. Эта актуальная задача во многих случаях может быть решена за счёт интенсификации процессов гомогенизации и диспергирования в РПА.
Поэтому разработка новых конструкций РПА с направленной организацией движения материальных потоков представляет важную научно-техническую задачу.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с целевой региональной научно-технической программой «Кузбасс» - тема 4.2.3 «Интенсификация процесса перемешивания высокодисперсных материалов и разра ботка его аппаратурного оформления».
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью настоящей работы является интенсификация процессов гомогенизации и диспергирования в новой конструкции многоцелевого роторно-пульсационного аппарата при получении высококачественных комбинированных продуктов на основе анализа результатов комплексных теоретических и экспериментальных исследований. Для. достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- математическое описание и анализ процесса смешивания в непрерывно-действующих агрегатах роторно-пульсационного типа с различной топологией перерабатываемых потоков жидких компонентов на основе кибернетического подхода с использованием ЭВМ;
- разработка новых конструкций многоцелевых непрерывно-действующих РИА;
исследование напорных и энергетических характеристик РПА с целью выявления оптимальных параметров его настройки;
- нахождение алгоритма расчета рациональных конструктивных параметров РПА с учетом входных воздействий со стороны блока дозирующих устройств;
- проверка разработанных математических моделей на адекватность реальному процессу.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Созданы математические модели непрерывно-действующего многоцелевого роторно-пульсационного агрегата с различной топологией перерабатываемых потоков жидких компонентов для проведения процессов гомогенизации и диспергирования, позволяющие назначать согласованные режимы работы РПА и дозирующих устройств. По результатам проведенных исследований, получены зависимости напорных и энергетических характеристик различных модификаций непрерывно-действующего агрегата от его конструктивных и технологических параметров. Предложена методика расчета рациональных режимных и конструктивных параметров непрерывнодействующего РПА с учетом входных воздействий со стороны блока дозирующих устройств.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ. Результаты экспериментальных исследований позволили разработать новую конструкцию РПА. При непосредственном участии автора разработано аппаратурное оформление стадии гомогенизации и диспергирования при производствах: взбитого кисломолочного десерта с наполнителем из чёрной смородины, гомогенизации и диспергирования молока, активации дрожжевой суспензии для производства слабоалкогольных напитков; эмульсии для смазки хлебопекарных форм; обогащенного пшеничными зародышами и отрубями творожного продукта, а так же при производстве творожного полуфабриката и др. Произведенные опытно-промышленные партии продуктов подтвердили целесообразность использования непрерывно-действующего РПА для стадии гомогенизации и диспергирования при получении жидких комбинированных продуктов с целью интенсификации процесса приготовления последних.
В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в период с 1999 по 2004 годы лично автором или при его непосредственном участии.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ: математическое описание процесса перемешивания с использованием методов кибернетического анализа, позволяющего подобрать рациональные параметры работы непрерывно-действующего РПА необходимые при получении жидких комбинированных продуктов.
Новые конструкции многоцелевого роторно-пульсационного аппарата предназначенного для проведения процессов гомогенизации в системах, жидкость-жидкость, жидкость-твердое, гомогенизации и диспергирования при получении комбинированных продуктов; математические модели роторно-пульсационного аппарата; результаты исследования основных параметров работы, различных модификаций конструкции РПА; результаты проверки целесообразности использования многоцелевого РПА для проведения стадий гомогенизации и диспергирования при получении комбинированных продуктов при соотношении смешиваемых компонентов 1:100 и выше.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены и обсуждены на 12 конференциях (в т.ч. областные, региональные и международные)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 работ (в т.ч. 2 депонированные рукописи и 3 статьи в центральной печати), получено 2 патента РФ, а так же награда на конкурсе «лучшее изобретение Кузбасса 2003».
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 26 работ, из них 2 в центральных журналах, получено 2 патента РФ и одно положительное решение.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений; включает 65 рисунков, 26 таблиц. Основной текст изложен на 125 страницах, приложение на 64. Список литературы включает 135 наименований.
Ультразвуковые гомогенизаторы
В молочной промышленности проводятся работы по использованию для гомогенизации электромеханических (электромагнитных, магнитострик-ционных и пьезоэлектрических) и гидродинамических устройств, создающих упругие колебания звукового и ультразвукового диапазона. Электромагнитные излучатели имеют механическую систему, на которую воздействует электромагнит, возбуждаемый переменным током.
Магнитострикционные излучатели не требуют высокого давления и надежны в работе. Расход электроэнергии в гомогенизаторах с гидродинамическими вибраторами составляет на порядок меньше, чем клапанных.
В результате исследований процесса гомогенизации молока путем воздействия на него ультразвуковых колебаний, создаваемых с помощью преобразователей вибрационного типа, установлено, что в диапазоне низких частот, где лучше всего происходит эмульгирование, простым и экономичным источником ультразвука является гидродинамический вибратор.
В США разработан гомогенизатор [93], который может быть использован при производстве кремов, паст, маргарина и других продуктов аналогичной консистенции. Основными его элементами (рис. 1.5) являются: присоединенный к двигателю вал, установленный на последнем диске с размещенными в держателях пластинами. Между входным патрубком и держателями расположены разбивающие устройства. При работе гомогенизатора в него насосом под давлением 4-5 МПа подают подлежащий обработке продукт. Последний проходит над пластинами, что вызывает их колебания и возникновение ультразвука. Таким образом, пластины являются высокочастотным ультразвуковым резонатором. Воронежский технологический институт разработал ультразвуковой гомогенизатор для молока [8]. Он имеет корпус с размещенным внутри него колебательным контуром, состоящим из пакета пластин, сопла и отражательной пластины. Его особенностью является то, что корпус и отверстие сопла имеют прямоугольную форму, причем пластины колебательного контура одинаковы по размеру и разделены прокладками, а отражательная пластина установлена с возможностью возвратно-поступательного движения.
Эффективность гомогенизации в этих аппаратах зависит от давления, под действием которого обрабатываемая жидкость выходит из сопел или щелевых отверстий вращающегося ротора и ударяется в приспособление для снижения скорости продукта. Центробежные аппараты обладают рядом преимуществ по сравнению с клапанными. Они проще по конструкции, менее металлоемки, в них нет быстроизнашивающихся деталей. Недостаток их в том, что для получения высокого эффекта гомогенизации необходимо соз дать большое давление жидкости на выходе ее из сопел или щелевых отверстий ротора, а это не всегда возможно.
Гомогенизатор фирмы [94], предназначенный для обработки молока и молочных продуктов, может использоваться и в других отраслях промышленности. Он состоит из ротора и статора. Между ними находится зона гомогенизации (рис. 1.6). Во время работы гомогенизатора жидкость поступает во вращающийся ротор и через отверстия в нем выбрасывается в зону гомогенизации, образованную обращенными навстречу друг другу поверхностями ротора и статора. При этом поток жидкости турбулизируется и происходит ее гомогенизация. Максимальный эффект гомогенизации достигается в том случае, если обе поверхности (статор и ротор) выполнены зубчатыми и скорость вращения одной из них достигает 4000 - 6000 об/мин. Степень гомогенизации жидкости в аппарате данной конструкции не может быть достаточно высокой, так как много энергии затрачивается на вращение ротора в жидкости и на трение ее о поверхность статора.
Во ВНИМИ Н.Я. Лукьяновым разработан центробежный гомогенизатор жидкости [114], содержащий ротор с коаксиально размещенной приемной камерой цилиндрической формы, с которой сообщены по меньшей мере два выполненных в нем радиальных канала с выходными соплами. Степень гомогенизации молока в этом случае составляет 55-60%. Она зависит от скорости жидкости на выходе из сопла, которая, в свою очередь, зависит от частоты вращения ротора и давления, создаваемого центробежной силой самой жидкости, находящейся в его каналах. Для повышения эффекта гомогенизации на 10-15% аппарат снабжается устройством для снижения скорости струй жидкости, вылетающих из сопел [16]. Оно выполнено в виде ударного кольца на держателях, жестко прикрепленных к стенке кожуха (рис. 1.7).
Моделирование смесительного агрегата на основе кибернетического подхода
В первой главе нами были сформулированы требования, которым должны отвечать непрерывно-действующие РПА. В порядке их реализации, при нашем участии, разработана новая конструкция РПА, , которая прошла техническую проверку и была защищена патентом РФ [Приложение 9] (Рисунок 3.4).
Разрез головной части РПА представлен на рис. 3.4. Он работает следующим образом. Исходная жидкая фаза поступает в рабочую камеру по входному патрубку 2, расположенному на крышке РПА. Затем, под действием центробежных сил она проходит через прорези статора 7 и ротора 5. Так как прорези постоянно перекрываются, то перемешиваемые компоненты попадают в зону действия пульсационных сил и больших градиентов скоростей, вызывающих их высокую турбулизацию. По другим патрубкам 1,3 в «накопительную» камеру, расположенную над рабочей, подается газовая фаза (или при необходимости другие жидкие компоненты) и далее по каналам 6, высверленным в теле зубьев, направляется в зазор между статором и ротором.
Отверстия каналов выполнены в средней части зуба, что позволяет равномерно распределить ключевой компонент по всему объему активной зоны. Благодаря этому достигается высокая величина поверхности межфазного контакта, что приводит к интенсификации процесса. Для достижения эффекта полного взаимодействия между компонентами газожидкостной системы, необходимо единичный объем жидкой фазы подвергнуть многократной обработке в активной зоне РПА. Для этой цели в ступице ротора выполнены отверстия, обеспечивающие интенсивную циркуляцию смешиваемой массы в рабочей полости. Объем загрузки опытно-промышленного образца РПА составлял 0,0011мЗ при скорости вращения ротора 3000 об/мин. Время обработки изменялось в диапазоне от 1 до 3 минут. Анализ данных, полученных при выработке на РПА опытных партий мороженого с облепиховой добавкой, майонезов, взбитого кисломолочного десерта с наполнителем из черной смородины и др., показал высокое качество конечного продукта при небольших затратах энергии и времени.
Информатизация общества неразрывно связана с информатизацией науки. Она должна опираться на дальнейшее развитие количественных методов исследования информации [112].Теория информации является составной частью кибернетики. Положение в ней таково, что хорошо изученными могут считаться процессы передачи и хранения информации, из процессов преобразования рассмотрены лишь наиболее простые (перекодирование, линейное предсказание, квантование и др.). Вопросы использования информации в современных сложных информационно- вычислительных системах, сложных управленческих, социальных и биологических системах пока практически остаются вне рамок теории информации. Одной из причин этого является отсутствие принятия во внимание особенностей информации: осмысленности, степени истинности, ценности и т.п.
В технической кибернетике, точнее в теории автоматического регулирования, широкое распространение получил анализ передаточных функций [65, 69], позволяющий изучать структуры сложных систем, производить их синтез по определенным критериям, а также решать и некоторые другие задачи. Передаточная функция это отношение изображений в частотной области выходной переменной ко входной переменной.
В общем случае определение динамических характеристик РПА позволяет подобрать наиболее рациональные режимы работы всего смесительного агрегата. Для исследования динамических (инерционных) характеристик РПА необходимо найти функцию распределения времени пребывания частиц в аппарате, что сложным и трудоемким процессом.
Для получения одной ФРВП требуется отобрать не менее 30 проб с частотой 1-5 с"1, емкостью по 30-50 мл каждая, затем, большое количество вре мени требуется для определения концентраций в каждой емкости и получения непосредственно ФРВП и передаточной функции (ПФ).
Следствием этого явилась разработка автоматизированного комплекса для исследования динамических характеристик (ФРВП и ПФ) аппарата, их получение основано на кибернетическом методе обработки сигналов. Данный метод был выбран потому, что он позволяет исследовать временные и частотные свойства дозаторов и РПА, согласовать режимы работы дозаторов, аппарата и промежуточных емкостей для получения рациональных режимов работы агрегата, без изучения протекающих процессов внутри самого аппарата.
Стенд включает в себя: РПА, работающий в непрерывном режиме, который может быть установлен непосредственно в технологической линии; кон-дуктометрический датчик (КД) для определения содержания ключевого компонента в общем потоке, установленный на выходном патрубке РПА; МПК РЕМИКОНТ Р - 130; персональный компьютер на базе процессора Pentium - ЮОмГц. Схема стенда представлена на рис.3.5.
КД представляет собой короткую трубку из непроводящего материала и установленных в нем противоположно друг другу двух электродов. К электродам подводится стабилизированное напряжение 24 В. В цепи протекает электрический ток пропорциональный концентрации ключевого компонента в смеси. Величина тока (0-20мА) измеряется микропроцессорным контролером РЕМИКОНТ Р - 130. Схема КД представлена на рис.3.6.
Характеристика сред используемых при проведении экспериментальных исследований
На основе проведенных исследований, можно сделать вывод о существенном влиянии направленного движения материальных потоков (организация прямых и обратных рециклов) на качество готовой продукции. За счет последних можно существенно повысить равномерность распределения компонентов по объему смеси, а так же увеличить и другие отдельные показатели (дисперсность, консистенция и др.). Вследствие этого нами была предложена новая конструкция многосекционного роторно-пульсационного аппарата, в которой «организуется» две или более элементарных ячейки смешивания связанных между собой прямыми и обратными рециркуляционными отверстиями. Схематично данный аппарат представлен на рисунке 3.12.
Принцип работы данного аппарат такой же как и у его прототипа (пат.РФ №2190462). Единственное существенное отличие данной конструк ции от его предшественника заключается в распределении материального потока внутри двухсекционного ротора. Для наглядности представления распределения потоков в данном РПА нами было смоделировано его сечение при установившемся режиме работы, на рабочей среде - вода t = 18С, при зазоре между неподвижным ротором и вращающимся статором 0,1 мм, и частоте вращения ротора 3000 об мин, в пакете программ Flow Vision. Сечение головной его части представлено на рисунке 3.12.
Анализируя данный рисунок можно отметить, что, по данным программы, величина опережающего потока из секции 1 в секцию 2 находится в пределах 60%, а величина обратного рецикла из емкости аппарата в секцию 2 составляет 15-20%. Используя эти данные, можно отметить, что данная конструкция сглаживает пульсации входных потоков формируемых дозатором, по сравнению с модификацией РПА №1(п.п. 4.2)в 3,61 раза. Следовательно при работе дозатора с частотой 0,7 новая конструкция будет иметь сглаживающую способность 177,7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1. Разработан экспериментально-исследовательский стенд и выбраны методики для проведения экспериментальных исследований по изучению процессов дозирования и перемешивания жидких продуктов, а так же по изучению напорных характеристик РПА. 2. Выбрана методика проведения оценки дисперсионного состава готовой продукции. 3. Разработано две новые конструкции РПА - РПА с вибрирующим ротором и многосекционный РПА (техническая новизна первой конструкции защищена заявкой на патент, которая прошла предварительную экспертизу).
Цель большей части исследований - определение рациональных режимов работы дозирующего и смесительного оборудования, проверка на практике предложенных нами конструкторских решений. При проведении исследований и обобщении их результатов использовались различные математические методы обработки опытных данных [18, 34,40, 53, 65,97].
В связи с тем, что стабильность и надежность работы дозировочного оборудования агрегата во многом определяет качество получаемой смеси, изучение его работы является важной задачей. Наиболее общие вопросы, касающиеся теоретического и практического исследования различного вида дозаторов жидких сред, рассмотрены в [45, 47, 53, 54, 80, 109]. Однако для определения наиболее рациональных режимов работы дозирующего устройства, выявления вида и параметров сигнала, формируемого им, необходимо проводить более детальные исследования.
Нами проведены экспериментальные исследования порционного дозатора, который использовался для подачи в смеситель компонентов, концентрация которых в смеси не превышала 5%. Поскольку о качестве смеси судят по однородности распределения в получаемой композиции компонентов, входящих в нее в малом количестве, то именно от надежности и стабильности работы порционного дозатора будет во многом зависеть ее качество. Это обуславливает наибольший интерес к его экспериментальному исследованию, особенно при дозировании вязких жидкостей, которыми, как правило, являются высококонцентрированные вкусовые и минерально-витаминные добавки, красители и т.д.
Изучение влияния различных технических и технологических факторов на погрешность в работе дозирующих устройств
Для модификаций РПА (табл. 4.4) получение функций «отклика» производилось по следующей схеме. После выхода агрегата на стационарный режим работы (3-5 мин, при коэффициенте заполнения - »1), при помощи шприца, мгновенно (1-1,5 сек), в основной поток жидкости на входе в аппарат, вводился индикатор (30% раствор NaCl). Непрерывно-действующий измерительный датчик, установленный на выходе из аппарата, фиксировал изменение проводимости раствора и передавал данные при помощи МПК РЕМИКОНТ Р — 130, преобразуя сигнал из аналогового вида в цифровой (логический), на СОМ-порт компьютера, где, при помощи написанной нами программы на языке Visual Basic зависимости концентрации на выходе из аппарата, (С;) от времени (х) переносились в программу EXEL пакета OFFICE, обрабатывались и переводились в графический, более наглядный, вид, с полным математическим описанием.
Таким образом нами получены зависимости «отклика» (реакции) системы на единичное ступенчатое воздействие (рисунок 4.7), которые были подвергнуты математической обработке (методика п.п. 3.4-3.6) с целью нахождения передаточных функций (ПФ) РПА.
В результате обработки экспериментальных данных были получены интегральные зависимости представленные на рис 4.6:
Полные экспериментальные данные по определению ПФ из ФРВП в непрерывно-действующем РПА представлены в приложении (Приложение ).
Данные переходные характеристики возможно описать звеном инерционного вида (2-го порядка), ПФ которого . W(s) = — = (4.4) П2 я + Г2 я2+1 (1 + ГЗ 5) (1 + Г4 5) Где Т12=ТЗ Т4, Т2=ТЗ+Т4. ТІ, Т2, ТЗ, Т4 - постоянные времени [65, 69].
Постоянные времени в нашем случае определялись с помощью программы идентификации параметров математических моделей по экспериментальным (интегральным) характеристикам (см.рисунок 4.8) в пакете программ MathCAD 2001-і RE и программ Microsoft Office Excel ХР. При этом в качестве аппроксимирующей зависимости использовалась типовая переходная характеристика имеющая вид: F(t) := К -1 ( exp + exp _(T4 - ТЗ) V тз У (T4 - ТЗ ) V Т4 (4.5) Правильность нахождения Т и Т2 определяли по коэффициенту демпфирования, который должен быть равен 1,1-5-1,6: В результате аппроксимации были получены следующие коэффициенты для инерционных звеньев:
С помощью созданной математической модели мы можем для любого входящего сигнала предсказать сигнал на выходе системы.
Проведем анализ полученных ПФ РПА. Как известно звено АП2 являются фильтром низкой частоты, т.е. хорошо пропускает низкочастотные сигналы и плохо - высокочастотные; в режиме гармонических колебаний оно создает отрицательные фазовые сдвиги. Таким образом, для динамических систем случайные и постоянные высокочастотные изменения входных сиг налов будут сглаживаться в системе и не повлияют на выходящий материальный поток.
Оценку эффективности проводили исходя из сглаживающей способности РПА. Это возможно оценить по величине соотношения амплитуды колебания выходного сигнала к амплитуде входного сигнала по графику АФХ [50].
Частотный анализ динамических систем, к которым относятся все виды смесителей, с одной стороны является комплексным - в том смысле, что позволяет выполнить оценку степени сглаживания практически на любой частоте дозирования; с другой - менее трудоемким, по сравнению с методом определения тех же величин по переходным характеристикам смесителя (т. е. временным методом), поскольку отпадает необходимость в формировании входного воздействия с заданными параметрами (амплитудой, частотой, формой сигнала).
При частотном методе определения степени сглаживания требуется наличие частотной передаточной функции РПА, работающего в определенном режиме.
Известно, что в общем случае степень сглаживания определяется как обратная величина координаты вектора частотной передаточной функции R(«):
S(v) = 1 7 (4.7)
Ее можно определить зная частоту входного сигнала по графику АФХ для данного типа РПА или, другим способом, решив параметрическое уравнение ПФ данной модификации РПА для той же частоты воздействия входного сигнала.
В п.п. 4.2 и 4.3 нами были определены ПФ для различных режимов работы дозирующих устройств, а так же ПФ различных модификаций РПА, соответственно. Для определения сглаживающей способности РПА для различных входных воздействий нами были использованы прикладные программы Classic Ver 3.02 и MathCAD.
Программа Classic Ver 3.02 позволяет на основе известной ПФ аппарата предсказать степень сглаживания в окне результатов, а конкретно — в окне представления АФХ. Здесь на координатной плоскости АФХ необходимо провести окружность соответствующую необходимой степени сглаживания, точка пересечения с графиком АФХ даст частоту входного сигнала при которой будет достигнута такая степень сглаживания. Графики АФХ приведены на рисунках 4.9-4.14
Таким образом нами были сняты характеристические значения на различных частотах входного воздействия и соответствующие координаты вектора частотной передаточной функции R(co). Далее, по формуле 4.7 найдены соответственные величины сглаживающей способности и сведены в таблицу 4.7.
